排水固结法地基处理工艺29

第4章排水固结法Chapter4Consolidation4.1概述排水固结法（（Consolidation）是处理软粘粘土地基的有有效方法之一一。该法是对对天然地基，，或先在地基基中设置砂井井等竖向排水水体，然后利利用建筑物本本身重量分级级逐渐加载，，或是在建筑筑物建造以前前，在场地先先行加载预压压，使土体中中的孔隙水排排出，逐渐固固结，地基发发生沉降，同同时强度逐步步提高的方法法。塑料排水板插插板机塑料排水板地地基处理真空预压地基基处理真空预压管网网铺设排水板真空预预压处理剖面面示意图排水固结法可可解决以下两两个问题：（1）沉降问题。使地基的沉沉降在加载预预压期间大部部分或基本完完成，使建筑筑物在使用期期间不致产生生不利的沉降降和沉降差。。（2）稳定问题。加速地基土土的抗剪强度度的增长，从从而提高地基基的承载力和和稳定性。排水固结法适用于处理淤泥质土土、淤泥和冲冲填土等饱和和粘性土地基基。排水固结法是是由排水系统和加压系统两部分共同组组合而成。（1）排水系统水平排水垫层层和竖向排水水体构成。竖竖向排水体可可选用普通砂砂井、袋装砂砂井或塑料排排水板。（2）加压系统即是起固结作作用的荷载，，它使地基土土的固结压力力增加而产生生固结。工程上广泛使使用且行之有有效的增加固固结压力的方方法是堆载法，此外，还有有真空法、降低地下水位位法、电渗法和联合法。排水固结法的的设计，主要要是根据上部部结构荷载的的大小、地基基土的性质以以及工期要求求、确定竖向向排水体的直直径、间距、、深度和排列列方式；确定定预压荷载的的大小和预压压时间，使通通过预压，地地基能满足建建筑物对变形形和稳定性的的要求。4.2堆载预压法设设计计算4.2DesignProcedureofPreloading一、堆载预压压的计算步骤骤因软粘土地基基抗剪强度较较低，无论直直接建造建筑筑物还是进行行堆载预压往往往都不可能能快速加载，，而必须分级级逐渐加荷，，待前期荷载载下地基强度度增加到足以以加下一级荷荷载时才可加加下一级荷载载。具体计算算步骤是，首首先用简便的的方法确定一一个初步的加加荷计划，然然后校核这一一加荷计划下下地基的稳定定性和沉降，，其步骤如下下：1利用地基的天天然地基土抗抗剪强度计算算第一级容许许施加的荷载载p1，对饱和软粘土土可采用下列列公式估算：：2计算第一级荷荷载下地基强强度增长值。在p1荷载作用下，，经过一段时时间预压地基基强度会提高高，提高以后后的地基强度度为cu1：3计算p1作用下达到所所确定固结度度所需要的时时间。目的在在于确定第一一级荷载停歇歇的时间，亦亦即第二级荷荷载开始施加加的时间。4根据第二步所所得到的地基基强度cu1计算第二级所所能施加的荷荷载p2。p2可近似地按下下式估算：同样，求出在在p2作用下地基固固结度达70％时的强度以以及所需要的的时间，然后后计算第三级级所能施加的的荷载，依次次可计算出以以后的各级荷荷载和停歇时时间。5按以上步骤确确定的加荷计计划进行每一一级荷载下地地基的稳定性性验算。如稳稳定性不满足足要求，则调调整加荷计划划。6计算预压荷载载下地基的最最终沉降量和和预压期间的的沉降量。这这一项计算的的目的在于确确定预压荷载载卸除的时间间。二、超载预压压对沉降有严格格限制的建筑筑，应采用超载载预压法处理理地基。经超超载预压后，，如受压土层层各点的有效效竖向应力大大于建筑物荷荷载引起的相相应点的附加加总应力时，，则今后在建建筑物荷载作作用下地基土土将不会再发发生主固结变变形，而且将将减小次固结结变形，并推推迟次固结变变形的发生。。4.3砂井排水固结结设计计算4.3DesignProcedureofSandDrain1925年，丹尼尔.莫兰将垂直砂砂井用于费城城－－奥克兰兰海湾大桥公公路软土地基基的加固，1926年获得专利。。砂井法问世以以后，因缺乏乏理论根据而而按经验设计计。1940～1942年，巴隆（Barron）根据太沙基的的固结理论，，提出砂井法法的设计计算算方法。我国国从20世纪50年代起，开始始应用砂井法法。砂井法主要适用于没有较大集中中荷载的大面面积荷重或堆堆土荷重工程程，例如水库库土坝、油罐罐、仓库、铁铁路路堤、贮贮矿场以及港港口的水工建建筑物等工程程。一、砂井设计计砂井设计包括括砂井直径、、间距、深度度、排列方式式、范围、砂砂料选择和砂砂垫层厚度等等。（1）砂井直径和和间距主要取决于土土的固结特性性和施工期限限的要求。““细而密”比比“粗而稀””效果好。砂砂井直径一般般为300～400mm；袋装砂井直径径为70～120mm。（2）砂井深度主要根据土层层的分布、地地基中附加应应力大小、施施工期限和条条件及地基稳稳定性等因素素确定。一般般为10～25m。（3）砂井排列砂井在平面上上可布置成正正三角形（梅梅花形），以以正三角形排排列较为紧凑凑和有效。在在实际进行固固结计算时，，由于多边形形作为边界条条件求解很困困难，巴隆建建议每个砂井井的影响范围围由多边形改改为由面积与与多边形面积积相等的圆来来求解。正方形排列时时de＝1.13l正三角形排列列时de＝1.05lde为砂井的有效效直径，l为砂井间距。。（4）砂井布置范范围砂井的布置范范围一般可由由基础的轮廓廓线向外增大大约2～4m。（5）砂料宜选用中粗砂砂，其含泥量量不能超过3％。（6）砂垫层砂井顶部铺设设砂垫层，可可使砂井排水水有良好的通通道，将水排排到工程场地地以外。二、沉降计算算地基土的总沉沉降一般包括括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。瞬时时沉降是在荷荷载作用下由由于土的畸变变所引起，并并在荷载作用用下立即发生生的。固结沉沉降是由于孔孔隙水的排出出而引起土体体积减小所造造成的，占总总沉降的主要要部分。次固固结沉降则是是由于超静水水压力消散后后，在恒值有有效应力作用用下土骨架的的徐变所致。4.4施工方法4.4ConstructionMethods要保证排水固固结法的加固固效果，从施施工角度考虑虑，主要应重重视以下三个环节：铺设水平垫垫层、设置竖竖向排水体和和施加固结压压力。砂井成孔的典典型方法有套管法、射水法、螺旋钻成孔法法和爆破法。袋装砂井成孔孔的方法有锤击打入法、水冲法、静力压入法、钻孔法和振动贯入法五种。塑料排水板施施工工艺流程程图塑料排水板施施工现场真空管网铺设设真空系统第一一层土工布铺铺设土工布铺设土工布缝接真空系统双层层密封土工膜膜的铺设真空系统土工工膜的密封出膜连接与真真空系统安装装出膜连接出膜管与真空空泵连接试抽真空4.5质量检验4.5QualityVerificationTest排水固结法加加固地基施工工中经常进行行的质量检验验和检测项目目有孔隙水压力观观测、沉降观测、侧向位移观测测、地基土物理力力学指标检测测等。预压法